生理学“四位一体”创新实验课程体系改革

黄春霞，王 岩，陈显军，耿艳清，王美姣，李英博,2△

(1重庆医科大学基础医学院生理学教研室， 重庆 400016； 2重庆医科大学实验教学中心机能实验室； △通讯作者)

近年来，随着社会发展的进步和教育水平的不断提高，在信息时代、网络时代的背景下，国际视野的全球卫生人才的培养对医学教学体系提出了更高的要求，新时代教学改革迫在眉睫。器官系统课程是重庆医科大学的传统与特色[1]。我校自2011年起,开展以器官系统为主线的基础-临床全线融合课程的整合探索,成立了卓越医师教育试点班,并于2012年通过了临床医学专业国际认证。目前我校已在临床医学、儿科学等专业成熟开展了以器官系统为中心的整合医学课程模式。依托于器官系统整合式课程，本教师团队建成了基于AR技术的缺血性脑损伤电生理虚拟仿真教学项目。2020年11月，该项目被教育部认定为首批国家级一流本科课程。经在临床医学相关专业本科生中实践，学生的使用度高，反响好。在此基础上，我们建设了虚拟仿真实验、动物实验、人体实验、创新设计实验相融合的“四位一体”模块式实验课程体系，探索该课程体系在生理学实验教学实践中的应用并对存在问题进行反思。

1 传统实验教学体系的局限性

现今医学教育的一线教师和教学管理人员都意识到传统实验教学具有较大的局限性，存在以下痛点：首先，传统实验课程体系单一陈旧，未能反映学科的前沿科学进展，实验教学缺乏紧密结合临床的虚拟仿真实验、无创人体实验以及创新设计实验，基础和临床的整合思维未得到很好的体现；其次，传统实验的“注入式”教学模式，忽视了学生的主体作用；最后，创新性实验教学少，学生难以提出问题、分析问题和解决问题。以上因素在一定程度上限制了医学实验教学的发展，也影响了医学新型创新人才的培养。

2 “四位一体”创新实验课程体系的设计

“四位一体”创新实验课程体系改革中，我们对老旧实验进行淘汰，保留7个经典实验，同时增加了虚拟仿真实验、人体实验、创新设计实验等实验模块。虚拟仿真实验综合应用多媒体、大数据、三维建模、人工智能、人机交互、虚拟现实、增强现实等手段，提高了实验教学项目的吸引力和教学的有效度[2,3]。基于虚拟仿真项目，我们再进一步优化实验教学内容，引入现代化仪器设备、技术和资源，提高人体实验室的利用率；结合多种技术改进传统教学模式，设计培养学生创新能力的要素；同时，规范实验操作，加强实验动物操作训练，偏向实验动物模型建立以及模型鉴定等训练，并增加在科研中广泛应用的实验项目。科研项目与本科生实验课教学相结合的模式，使科学研究在实验教学中充分渗透，提高学生的自主创新能力，培养学生的科研思维能力和科研设计能力，为培养创新型人才提供重要的途径[4]。另外，课程改革了过程性评价，建立多元化实验考核，达到提高学生综合素质的目的。

3 具体实施

3.1 对象

研究组为基础医学专业学生。对照组为传统实验教学方法的精神医学专业学生。两班学生入学成绩无明显差异，理论教学在同一教室同时完成，有可比性。

3.2 带教老师

我们采用“导师制”带教方式。导师均为重庆医科大学生理学教研室中青年骨干教师，拥有国家自然科学基金项目的副教授或副研究员，主要研究方向为脑科学。

3.3 方法

2021年初，导师团队首先梳理课程，确定新的实验教学内容、学时安排，并制订导师制的执行方案。除传统动物实验外，实验教学内容增设了虚拟仿真实验、无创人体实验和创新实验等一系列新开实验项目，例如，科研项目设计的基本原则，常见神经系统疾病模型建立的方法，跑步干预设备的应用，常见动物行为学观测方法及应用，人体脑电、血压、呼吸的检测，基于AR技术的缺血性脑损伤电生理虚拟仿真教学项目，缺血缺氧模型的建立、鉴定以及在临床、科研中的应用，科研成果展示，创新实验讨论等。

2021年9月，5位导师带领科研小组在课余时间开展科学研究，结合学科特色，主要开展抑郁症、自闭症、精神分裂症等研究，进行了神经精神疾病模型的建立、动物跑步干预、行为学测量以及分子生物学检测等实验。课程还加入了科研标书的书写以及GraphPad Prism分析绘图教学，为学生探索科研之路奠定良好的基础。“导师制”实践教学方式，极大地提高学生的创新实践能力，激发学生的自主学习兴趣[5,6]。

以能力培养为导向的“四位一体”创新医学实验教学体系，除了“导师制”科研实践，还有四大模块组成的线上线下混合式教学(图1)：①线上虚拟仿真实验模块：学生学习重庆医科大学和兄弟院校的国家级虚拟仿真实验项目，如：基于AR技术的缺血性脑损伤电生理虚拟仿真教学项目、心电图检测、心力衰竭。②经典动物实验：实验项目均来自往年的基础医学专业的生理学实验，可以让学生有效地、针对性地学习基本的知识和技能。③人体实验：教师引导学生完成循环、呼吸以及神经系统的人体实验，培养和启发学生从基础到临床的整合思维，从中寻找问题，分析问题以及解决问题。④创新实验模块：教师在线下教学中设计了缺血缺氧模型的建立、鉴定以及在临床、科研中的应用，模型建立后两周进行行为学检测，并组织学生围绕缺血缺氧模型展开科研设计讨论。通过线上虚拟仿真实验与线下创新实验结合，真正实现了“虚实结合”。

图1 “四位一体”课程体系实施过程

在“四位一体”课程中，我们有机地融合了课程思政[7]，成功开展“关爱实验动物”主题教育活动，举办了“我与实验动物的故事”征文活动，加深了学生对动物医学伦理原则的认知，表达了对实验动物的尊重。

3.4 评估

3.4.1 成绩评估 教师进行多维度过程性评价。成绩评估由实验报告成绩(考核写作能力及实验技术水平，14分)、虚拟仿真实验完成情况(考核新技术接受能力，10分)、科研活动和科研实验参与度(考核团队协作能力，10分)、伦理学评估(考核伦理分析论证能力，6分)、实验操作考试(考核动手能力，10分)、期末科研课题PPT汇报(考核科研思维能力、科研设计能力及语言表达能力，20分)、完成大学生创新实验类标书并成功参加学校组织的各项创新实验设计大赛(考核科研创新思维能力、科研设计能力和科研文章撰写能力，20分)等七项组成。

3.4.2 问卷评估 教师设计教学反馈意见表，调查学生对“四位一体”课程的评价、对教学效果的评价以及对自身能力提升效果的评价。

4 结果

4.1 学生实验成绩

基础医学研究班操作考试成绩为(92.2±2.76)分，显著高于同年级精神医学专业普通班操作考试成绩(88.9±3.41)分(P<0.05)。教师反馈研究班级学生在实验报告的书写、平时实验操作参与度和完成度等方面均强于普通班级。

4.2 综合能力考核

4.2.1 科研思维能力和科研课题设计能力考核 期末，5组科研小组进行科研课题汇报，回答教师和学生的提问，得到了评估专家的充分肯定。

4.2.2 科研创新能力考核 课程团队获得重庆医科大学基础医学院英耀计划支助共3项，包括：跑步锻炼对CRS雄性抑郁模型小鼠生殖功能改变的作用；基于DBI-GABAA-HPG轴探索氟西汀联合跑步法干预PCOS抑郁症发生的作用及分子机制；SIRT5介导PINK1/Parkin对线粒体自噬的调控在AD发病机制中的影响探究。

其中，一组学生在导师的带领下参加了第八届全国大学生基础医学创新研究暨实验设计论坛。一组学生发表SCI论文1篇(HistoneAcetylationandMethylationUnderlieOligodendroglialandMyelinSusceptibilityinSchizophrenia.FrontCellNeurosci.2022,16:823708.影响因子: 6.147)。

4.3 新型教学创新团队培养

本教师团队在全国率先建立基于国家级虚拟仿真一流课程的新型“四位一体”人体机能学课程体系，获全国高等学校线上线下混合式实验教学创新设计一等奖。

4.4 问卷调查结果

我们在基础医学创新班共发放调查问卷36份，回收36份，回收率100%。学生以无记名投票方式表达对教学的感受。调查内容及统计结果见表1。问卷调查的结果显示，91.67%的学生认可并适应“四位一体”课程新模式，“四位一体”课程新模式在提高学生的积极性、学习兴趣、个人综合能力和团队协作能力等方面都实现了良好的育人效果，达到了培养新型创新人才的目标。

表1 教学效果的问卷调查结果 (%)

5 讨论

5.1 “四位一体”实验教学体系的可行性

在实施“四位一体”教学改革过程中，我们实现了以下的创新。①课程体系创新：培养学生的整合课程思维模式，建设了“虚实结合”的整合课程体系；②教学方式方法创新：引领学生，达到教学实验思路创新；丰富教学手段，实现实验内容创新；融入整合式教学理念，实现教学方式创新；③评价体系创新：实现综合评价，全程考核，注重反馈；设置互动答疑平台，促进师生交流，评价客观准确。

通过教学实施，我们认为“四位一体”教学改革模式是可行的，综合起来有以下优点：①教师本着虚实结合、相互补充、能实不虚的总体原则[8]，培养学生从基础到临床，从动物到人体，从虚拟仿真实验到线下实验的整合思维能力；②通过自主科研实验，教师鼓励学生利用课余时间来提升自己的科研能力；通过小组内协作完成任务，培养学生团队精神和组织能力；通过书写科研标书和汇报PPT等的锻炼，培养学生科研思维能力和写作能力；③导师制的实施使师生交流更深入，师生共同参与文献阅读、Seminar、科研实验等科研活动可以激发学生学习的主动性、积极性，变被动接受为主动学习；④过程性评价多元化[9]。教师提倡知识+技能+态度的多元化过程性考核模式，从终结性考核转变为过程性考核，达到提高学生综合素质的目的；⑤以课程建设为抓手，在课程中培养新型创新人才。

5.2 存在的问题

“四位一体”教学模式在医学教育中仍然是一种新的教学模式，在推广应用中也面临一些问题。部分学生对于新模式的适应需要时间。总体而言，“四位一体”模式教学时间更长，占用了学生较多业余休息时间，部分对科研没有太多兴趣的学生参与积极性不高。因此，教师要注意以下几点：引导学生合理分配科研实验的时间，在实验教学过程中，充足的时间也是保证教学质量的条件之一；针对不主动或不善于团队协作的学生，要多引导甚至多关心其真实想法。另外，我们也认识到学生全员参与科研实验不现实，会导致学生精力不足和畏难情绪严重，未来将引导真正热爱科研的学生参与科研实验。

教学团队在实施课程前，经学情分析普遍认为，因为任务繁重，可能导致课程开展达不到预期效果，但实施效果令人满意。通过本次教学改革，我们实现了结合一流本科课程，打造好“四位一体”创新实验课程体系，重构实验体系以及建立整合课程思维模式的目标，显著提高学生的独立分析问题的能力、组织协作能力和科研素养。课程改革实现了课程体系的重建，建设了虚拟仿真项目和新实验项目，创建了新型教学创新团队，达成了课程思政教育目标。新型实验教学改革突破了以往僵化的教学思维定式，拓展科研能力的培养，加速临床逻辑的成熟，紧跟时代发展，通过内容与方法的创新，为新型人才培养奠定了良好的基础。未来的课程建设中，我们将力争达到三个一流建设，实现一流师资队伍建设、一流文化建设、一流基地建设，为未来医学培养具有创新精神和创新能力的综合素质人才。